Protein và sự trao đổi protein trong cơ thể thực vật

Chương Protein trao đổi Protein thể thực vật 7.1 Đại cương protein Protein tạo nên từ gốc aminoacid Các gốc nối với liên kết peptide Liên kết peptide liên kết nhóm carboxyl aminoacid nhóm amin aminoacid tiếp theo, thực H nhóm NH2 thay acyl aminoacid Trong dipeptide có hai, tripeptide có ba oligopeptide có từ 10 gốc aminoacid liên kết với liên kết peptide Polypeptide chứa nhiều gốc aminoacid Những hợp chất gồm nhiều gốc aminoacid nối với liên kết peptide gọi polypeptide Mỗi aminoacid chứa nhóm nguyên tử (NH, CH CO) cấu tạo nên theo sơ đồ nghiêm ngặt sau: Ba nhóm nguyên tử lặp lại chuỗi polypeptide, phần lại gốc aminoacid (R) chuỗi bên 166 Trong protein tự nhiên có mặt 20 loại aminoacid khác Nếu chuỗi ngắn có gốc aminacid (tetrapeptide) từ có 204 = 160 000 khả năng, nghĩa có 160 000 tetrapeptide khác Nếu độ dài chuỗi gồm 300 gốc aminoacid, độ dài mà thường gặp nhiều polypeptide, người ta có số lượng không tưởng tượng 10300 khả Nhưng tự nhiên tồn số lượng nhỏ khả Như nêu, tất polypeptide có trình tự CO-CHNH Đặc tính polypeptide protein xác định đặc tính hoá học gốc aminoacid, tích điện âm, dương, ưa nước hay kỵ nước Trong tự nhiên, tuỳ thuộc vào trình tự thành phần, tạo nên nhiều lực hoá học khác nhau, chúng có ý nghĩa lớn phản ứng hoá học nhận biết trình tự aminoacid Trong có vùng gốc aminoacid chủ yếu acid base, vùng khác gốc aminoacid ưa nước hay kỵ nước Những protein màng thường có gốc kỵ nước, gốc hướng nhô vào tế bào chất ưa nước Sơ đồ hình 7.1 ví dụ 167 7.2 Chức protein Chức protein chia nhóm sau: Chức enzyme Chức cấu trúc Chức dự trữ Chức vận chuyển Hormone Chức bảo vệ Chức co rút Chất độc Về chức enzyme protein đề cập nhiều lần, đặc biệt “cấu tạo chế tác động enzyme” Protein chất xây dựng đóng vai trò đặc biệt quan trọng thể động vật Chất khung tạo nên từ protein Thuộc loại gồm có da, tóc, sừng, lông collagen thành phần gân có khoảng 18% tham gia vào cấu tạo xương Một chức phổ biến khác protein cấu tạo nên màng sinh học Màng sinh học có chức giới hạn vùng trao đổi chất tham gia vào việc vận chuyển chất Màng sinh học có khả chuyển tín hiệu Protein màng enzyme Chức thể màng ty thể lạp thể Màng sinh học bao gồm lớp kép lipid với protein phân bố Những thành phần lipid quan trọng phosphoglyceric, glycoglyceric, sterol sphingolipid Lớp kép lipid màng sinh học phân tử lipid có đuôi kỵ nước quay lại với nhau, gốc đường phosphate hướng phía (hình 7.2) Ở thành phần glycerine trục vuông góc với mặt phẳng màng Lớp kép lipid không đối xứng, nghĩa hai phía màng có phân tử lipid khác Những phân tử protein nằm lớp kép lipid làm bền vững màng nhô hai phía màng (hình 7.2) Thành phần protein nằm lớp kép lipid, có đặc tính chủ yếu kỵ nước, thành phần protein mà nhô phía ngoài, có đặc tính chủ yếu ưa nước Sợi protein nhô phía tế bào chất thường kết hợp với protein ngoại 168 vi, phân tử protein hướng phía màng tế bào thường kết hợp với chuỗi carbohydrate (hình 7.2) Ở lớp kép lipid phân tử protein có liên kết kỵ nước liên kết ion Những liên kết ion liên kết nhóm NH3+ protein gốc phosphate phospholipid Những liên kết nhạy cảm với độ pH Vì màng sinh học bị ảnh hưởng, chí bị phá huỷ giá trị pH thái Mức độ quánh đặc nhiều hay màng sinh học bị ảnh hưởng lớn nhiệt độ Ở nhiệt độ thấp màng sinh học có cấu trúc giống tinh thể Khi nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ chuyển pha cấu trúc rắn chuyển sang cấu trúc tinh thể lỏng Nhiệt độ chuyển pha tăng theo độ dài độ no acid béo Ca2+ làm ổn định màng, liên kết với nhóm phần đầu chủ yếu tích điện âm, ví dụ gốc phosphate phospholipid Ca2+ có khả tạo liên kết với hai nhóm tích điện âm Vì Ca2+ làm giảm tính thấm màng, ion hoá trị một, đặc biệt H+ làm tăng tính thấm Tính thấm bị ảnh hưởng đặc tính lipid Thành phần steroid gốc acid béo no có mạch carbon dài làm cho màng sít lại, gốc acid béo chưa no làm cho màng lỏng lẻo ra, làm tăng tính thấm màng Khi người ta nói đến tính thấm màng chủ yếu nói đến tính thấm chất ưa nước Những chất thấm qua màng ít, phân tử kỵ nước thấm qua khuếch tán qua màng Hầu hết chất trao đổi có đặc tính ưa nước, chúng màng sinh 169 học chắn đáng kể chúng cần chế đặc biệt để vận chuyển qua màng Protein dự trữ tích luỹ mô dự trữ cần sử dụng huy động Protein dự trữ điển hình động vật protein trứng sữa Đó protein cần thiết động vật non, tương tự protein hạt quả, nguồn dinh dưỡng Chất lượng protein đánh giá theo thành phần aminoacid không thay Đó aminoacid mà thể người động vật khả tổng hợp Hàm lượng aminoacid không thay loại protein khác trình bày bảng 7.1 7.2 Bảng 7.1 Những aminoacid không thay người -Valine Lysine Phenylalanine Leucine Methionine Tryptophan Isoleucine Threonine Bảng 7.2 Hàm lượng aminoacid không thay loại protein khác (%) -Protein trứng 51 Protein đậu tương 40 Protein sữa 50 Protein gạo 39 Protein mô 47 Nấm 35 Collagen 17 Protein lúa mỳ 33 Protein 40 Protein hạt lạc 32 -Những protein động vật, protein phần lớn giàu aminoacid không thay Protein hạt ngũ cốc chứa aminoacid 170 không thay Ở protein ngũ cốc lysine, protein hạt đậu loại methionine có hàm lượng thấp giới hạn giá trị sinh học loại protein Ở giải độc kim loại nặng nhờ polypeptide đơn giản theo kiểu phytochelatin có ý nghĩa quan trọng Ví dụ polypeptide đơn giản có nguồn gốc từ glutation có công thức chung sau: (γ-glutamyl-cysteinyl)n-glycine Do có nhiều nhóm SH chúng có khả kết hợp chặt với kim loại nặng, làm cho kim loại nặng gây rối loạn trao đổi chất Sự tổng hợp phytochelatin kích thích kim loại nặng Cd, Cu, Ag, Bi Au Protein bảo vệ có vai trò lớn sinh học miễn dịch Động vật có xương sống có chế phức tạp, phát triển cao, với chế chúng ngăn ngừa tác nhân vi sinh vật gây bệnh (virus, vi khuẩn, nấm, chất độc vi khuẩn) Chức có phần liên quan đến đặc tính chuỗi polypeptide Hệ thống tự vệ toàn bộ, sinh học miễn dịch lĩnh vực khoa học phát triển độc lập Một protein lạ (virus, vi khuẩn, nấm) xâm nhập vào máu vào mô chế tự vệ huy động nhanh Protein lạ gọi antigen Nó có vùng gồm trật tự xác định nguyên tử, với vùng kết hợp với tế bào lympho kích thích tế bào sản sinh kháng thể Những tế bào lympho tồn hệ thống miễn dịch với số lượng 109 có bề mặt vùng nhận, nơi mà antigen kết hợp vào Những vùng nhận khác “phù hợp” vùng cho antigen xác định Những tác nhân khác có tế bào lympho xác định khác với vùng nhận phù hợp Khi antigen kết hợp với tế bào lympho bắt đầu sản sinh kháng thể đặc hiệu tác nhân gây bệnh Những tế bào lympho khác không kích thích cho việc sản sinh kháng thể Có sẵn số lượng lớn tế bào lympho khác nhau, chúng tổng hợp nhanh kháng thể khác kháng nguyên xuất Những loại kháng thể khác xác định, tồn với số lượng không đếm được, vài triệu, loại có vị trí kết hợp đặc trưng Khả lớn tưởng tượng hệ thống miễn dịch làm cho protein lạ, protein tác nhân gây bệnh trở thành vô hại Những kháng thể gọi globulin miễn dịch Chúng chiếm khoảng 20% protein tổng số máu Globulin miễn dịch Ig chia làm nhóm khác Tuy nhiên thành viên Ig nhóm có dạng chữ Y Cấu trúc gồm sợi 171 polypeptide ngắn, xác định, sợi có khoảng 220 gốc aminoacid (hình 7.4) Hình 7.4: Sơ đồ biểu diễn kháng thể kháng nguyên a) Kháng thể gồm chuỗi polypeptide b) Kháng thể kết hợp với kháng nguyên c) Kết hợp kháng nguyên kháng thể Cơ chế mà kháng thể nhận biết vị trí kháng nguyên protein lạ đặc biệt thú vị Sự kết hợp kháng thể kháng nguyên thuận nghịch so sánh với kết hợp enzyme chất Liên kết đồng hoá trị mà liên kết hydro liên kết ion Điều làm rõ trình tự aminoacid vị trí kết hợp xác định tính đặc hiệu liên kết Từ rút chuỗi polypeptide ngắn hay dài kháng thể đoạn siêu biến có từ 20-30 gốc aminoacid, 172 người ta cho rằng, vùng siêu biến chứa vị trí liên kết đặc hiệu kháng thể Chỗ kết hợp thực gồm 5-10 aminoacid Vị trí kết hợp chọn lọc kháng nguyên Ví dụ protein vận chuyển albumin hemoglobin máu, myoglobin mô leghemoglobin màng Rhizobium Albumin vận chuyển acid béo Hemoglobin, myoglobin, leghemoglobin có khả kết hợp lỏng lẽo với O2 heme chúng Chúng giống chỗ phương tiện vận chuyển O2 Sự kết hợp xảy dạng Fe khử (Fe2+), nghĩa kết hợp với heme Hemoglobin vận chuyển O2 từ phổi qua máu đến quan mô khác Leghemoglobin điều khiển cung cấp O2 cho chuỗi enzyme hô hấp vi khuẩn Myoglobin vận chuyển O2 mô cơ, có nhiều mô người lặn chất dự trữ O2 Trong lặn (khi dừng thở) O2 kết hợp với myoglobin, giải phóng ty thể Fe2+ heme kết hợp với CN- CO làm cho vị trí hấp thụ O2 bị đóng lại, hậu O2 không vận chuyển, dẫn đến chết ngạt Nồng độ tương đối cao CO không khí đốt cháy không hoàn toàn động cơ, hút thuốc lá, cản trở vận chuyển O2 máu Người ta gọi “hút bị động”, nguyên nhân gây hại đến sức khoẻ Ví dụ chức hormone protein insulin, gồm chuỗi A với 21 aminoacid chuỗi B với 30 aminoacid, hai chuỗi nối với qua hai cầu disulfide Insulin điều khiển nồng độ đường glucose máu Khi không đủ insulin tiếp nhận đường tế bào bị hạn chế Vì mức đường máu tăng dẫn đến thải đường mạnh mẽ qua nước tiểu (bệnh đái đường) Vì tế bào thiếu đường làm cho toàn thể suy yếu Một số peptide quan trọng tự nhiên: - Glutation (tripeptide): glutamyl-cysteinyl-alanine: tripeptide có chức sinh lý quan trọng Nó tạo nên từ gốc glutamyl, gốc cysteine glycine 173 Hai nguyên tử glutatione có khả phản ứng để tách 2H tạo thành disulfide Đây hệ thống đệm sulfhydryl, chức quan trọng giữ nhóm SH enzyme coenzyme trạng thái khử Glutathione có tất thể sống, tham gia vào nhiều phản ứng oxy hoá khử, ví dụ giải độc gốc độc Ngoài thực vật glutathione dạng dự trữ dạng vận chuyển lưu huỳnh dạng khử Trong loài cỏ có tripeptide tương tự glutatione họ đậu glutamyl-cysteinyl-alanine tìm thấy 174 Những dạng tương tự có chức glutatione Cysteine cystine nguyên tắc tạo nên hệ thống oxy hoá khử tương tự glutatione, biểu diễn sau: 175 Oxytocin vasopressin: Oxytocin vasopressin oligopeptide, chúng có cấu trúc giống nhau, bao gồm gốc aminoacid khác nhau, phân tử có cầu disulfide Hormone oxytocin kích thích phần phẳng ruột già, bàng quang, túi mật tử cung Hormone vasopressin ảnh hưởng đến co rút phần phẳng mạch máu, làm tăng áp huyết Vasopressin có vai trò quan trọng việc làm đặc nước tiểu Nếu nồng độ thấp động vật có vú thải lượng lớn nước tiểu loãng, bệnh gọi bệnh tháo nhạt 7.3 Các bậc cấu trúc protein Phần lớn liên kết có chuỗi polypeptide quay tự trục chuỗi polypeptide linh động Tuỳ thuộc vào lực tác động 176 mà chúng có dạng khác Sự biến dạng chuỗi peptide, xếp phần sợi, uốn cong nếp gấp có chuỗi peptide, gọi cấu trúc Để thuận tiện người ta thường phân biệt cấu trúc phân tử protein thành bậc sau: bậc I, bậc II, bậc III bậc IV Cấu trúc bậc I trình tự xếp gốc aminocid chuỗi polypeptide Cấu trúc giữ vững nhờ liên kết peptide (liên kết cộng hoá trị) Vì aminocid có gốc khác nhau, gốc có đặc tính hoá học khác nhau, nên chuỗi polypeptide điều kiện khác có đặc tính hoá học khác Tuy nhiên tổng quát tất sợi polypeptide xây dựng cách có hệ thống từ nhóm nguyên tử CO, CH NH Sự xây dựng có hệ thống sở để tạo nên cấu trúc bậc hai Cấu trúc bậc II tương tác không gian gốc aminoacid gần mạch polypeptide Cấu trúc làm bền chủ yếu nhờ liên kết hydro tạo thành liên kết peptide kề gần nhau, cách khoảng xác định Cấu trúc bậc hai phân tử protein: xoắn α (α-helix), phiến gấp β xoắn collagen Loại α-helix sợi dạng xoắn ốc, quấn xung quanh trục, vòng xoắn có 3,6 gốc aminoacid (hình 7.5) Ở nhóm CO nhóm NH aminoacid thứ tư chuỗi gần nhau, hai nhóm tạo nên cầu hydro Các liên kết H tương đối lỏng lẽo cắt đứt nhiệt độ cao Phân tử protein cấu trúc bậc hai enzyme hoạt tính xúc tác α-helix cấu trúc hầu hết protein mạch thẳng (protein sợi) Dạng sợi tồn α-keratin tóc, lông, móng da từ chuỗi polypeptide có cấu trúc α Cấu trúc phân tích Rơnghen chu kỳ 0,5-0,55 nm Khi xử lý nước người ta kéo dài chuỗi, lúc xuất chu kỳ 0,7 nm Cấu trúc tồn β-keratin gọi cấu trúc phiến gấp Như hình 7.6 chúng gồm sợi polypeptide đối song, gắn với liên kết hydro Khác với α-helix, liên kết hydro tạo nên sợi mà sợi với sợi khác Như nhiều sợi kết hợp với để tạo “phiến gấp” Cấu trúc phiến gấp tồn sợi lụa, có vùng protein hình cầu 177 Hình 7.5 Sơ đồ biểu diễn α-Helix Mũi tên liên kết H CO H Thuộc protein thẳng có collagen, gồm sợi polypeptide xoắn vào nhau, chúng lại kết hợp nhiều sợi lại với liên kết đồng hoá trị (hình 7.7) Đại phân tử có số cầu hydro tạo nên, glycine tạo nên chủ yếu từ proline hydroproline Khi aminoacid vào để tạo liên kết peptide, chuỗi peptide lại N yếu tố cấu tạo -NH-, sơ đồ Ở H nhóm NH thay aminoacyl, nghĩa thiếu H cho việc tạo liên kết hydro lý mà sợi peptide tự xoắn 178 Những sợi collagen chạy song song tạo nên bó sợi dai gân Collagen có xương mô nối Elastin protein, gồm sợi protein tương đối ngắn, gắn kết với nhờ liên kết đồng hoá trị (hình 7.7) Những sợi polypeptide quay theo dạng xoắn ốc, tự duỗi xoắn có áp lực (hinh 7.8) Vật liệu tạo nên khối dạng keo dính, cho phép quay không gian tế bào co rút mô Hình 7.6 Những chuỗi polypeptide chạy đối song cấu trúc β-keratin (phiến gấp) 179 Hình 7.7 Sơ đồ biểu diễn sợi collagen bao gồm ba sợi riêng lẽ Hình 7.8 Cấu trúc Elastin có lực tác động Những ví dụ nói lên polypeptide có nhiều đặc tính chức khác Việc xác định cấu trúc bậc I phân tử protein có ý nghĩa quan trọng: Là bước quan trọng để xác định sở phân tử hoạt tính sinh học, tính chất hoá, lý protein Là sở xác định cấu trúc không gian phân tử protein dựa vào cấu trúc không gian phân tử protein tương đồng Cấu trúc bậc I phiên dịch mã di truyền Vì cấu trúc nói lên quan hệ họ hàng lịch sử tiên hoá giới sinh vật Là yếu tố góp phần quan trọng nghiên cứu bệnh lý phân tử Kết nghiên cứu cho thấy: thay đổi thứ tự aminoacid, chí gốc aminocid phân tử protein làm thay đổi hoạt tính sinh học, gây bệnh đặc trưng Ví dụ điển hình bệnh thiếu máu hồng cầu hình lưỡi liềm, cấu trúc bậc I hemoglobin thay đổi: gốc aminocid vị trí thứ chuỗi β hemoglobin A (bình thường) bị thay gốc aminoacid valin Là sở để tổng hợp nhân tạo protein phương pháp hoá học phương pháp công nghệ sinh học Frederick 180 Sanger (1953) đề phương pháp sử dụng phương pháp thành công để xác định trình tự xếp aminocid phân tử insulin (polypeptide có hoạt tính hormone) Đến nhiều protein xác định cấu trúc bậc I Insulin protein tổng hợp phương pháp hoá học vào năm 1966 Ngày phương pháp công nghệ sinh học người ta sử dụng E.coli để tổng hợp insulin Cấu trúc bậc III tương tác không gian gốc aminacid xa chuỗi polypeptide, dạng cuộn lại không gian toàn mạch polypeptide Nhiều sợi polypeptide thể sống tồn dạng thẳng mà gập khúc qua mà tạo nên cấu trúc không gian ba chiều Tuy nhiên cấu trúc hoàn toàn xác định, chủ yếu trình tự aminoacid môi trường Khi sợi polypeptide tách khỏi ribosome sau tổng hợp thải tế bào chất môi trường tạo hình hình thành nên cấu trúc tự nhiên nhanh, đặc biệt cấu trúc hình cầu, mang lại cho protein đặc tính sinh lý quan trọng Có thể chuyển động nhiệt sợi polypeptide mà nhóm gốc aminoacid tiếp xúc với nhau, dẫn đến kết hợp với Trong nhiều protein hình cầu có chứa gốc cysteine, tạo thành liên kết disulfide gốc cysteine xa chuỗi polypeptide, làm cho mạch bị cuộn lại đáng kể Các liên kết khác, liên kết Val de Waal, liên kết tĩnh điện, phân cực, kỵ nước hydro mạch bên gốc aminoacid tham gia làm bền cấu trúc bậc III, protein hình cầu biểu diễn hình 7.9 181 Hình 7.9 Sơ đồ biểu diễn protein hình cầu chứa đoạn có cấu trúc α-helix phiến gấp Cấu trúc hình cầu protein gọi cấu trúc bậc ba, cấu trúc enzyme Ở chúng nhóm prosthetic kết hợp đồng hoá trị, ví dụ heme Nhưng nhóm gốc aminoacid riêng lẽ nhóm hoạt động phản ứng enzyme Sự hoà tan protein xác định mức độ định nhờ cấu trúc bậc ba Ở nhiều protein hình cầu nhóm kỵ nước định hướng vào bên trong, nhóm ưa nước hướng Những nhóm ưa nước kết hợp với nước chất hoà tan cầu hydro, phức hệ tồn dung dịch Trình tự aminoacid protein enzyme chức cho biết mức độ quan hệ họ hàng loài Mức độ quan hệ họ hàng gần, mức độ tương ứng trình tự aminacid lớn Điều thú vị đoạn trình tự quan trọng nhất, ví dụ vùng phản ứng, trình tiến hoá không thay đổi, bảo tồn cấu trúc bậc hai, bậc ba trì Cấu trúc bậc IV: Cấu trúc hình thành phân tử protein gồm hay nhiều chuỗi polypeptide hình cầu Tương tác không gian chuỗi phân tử gọi cấu trúc bậc IV Mỗi chuỗi polypeptide gọi “ phần đơn vị” (subunit) Sự kết hợp phân tử lỏng lẽo chủ yếu liên kết hydro kỵ nước Bằng cách hai phân tử xác định kết hợp với tạo thành dimer Một thí dụ kết hợp hemoglobin, tạo nên từ chuỗi α với chuỗi có 141 chuỗi β với chuỗi 146 gốc aminoacid Đại phân tử dạng bên cạnh protein thành phần cấu tạo nucleic acid, ribosome Các ribosome sinh vật tiền nhân gồm 55 sợi polypeptide khác nucleic acid khác kết hợp lại Nhiều virus có lớp vỏ bên ngoài, có cấu tạo từ nhiều phân tử protein xác định bao quanh nucleic acid xoắn ốc bên Các đại phân tử kết hợp với tự động môi trường phù hợp để thành dạng tồn tự nhiên Đặc tính vật lý protein phụ thuộc vào đặc tính hoá học gốc aminoacid protein hình cầu gập khúc chúng Chiếm ưu kết hợp aminoacid có tính acid protein có tính acid Chủ yếu aminoacid có tính kiềm protein kiềm Những sợi protein có nhiều nhóm ưa nước aminoacid phân cực hydroxyacid có độ hoà tan lớn Ngược lại, thành phần gốc kỵ nước (valine, leucine, isoleucine) độ hoà tan protein thấp Trọng lượng phân tử protein phụ thuộc vào độ dài chuỗi polypeptide số lượng sợi polypeptide cấu tạo nên phân tử protein 182 Về khía cạnh bảng 7.3 khác đáng kể phân tử protein riêng lẽ Bảng 7.3 Trọng lượng phân tử số lượng sợi polypeptide số phân tử protein MG Số lượng Số lượng gốc aminoacid chuỗi polypeptide Insulin 733 51 Ribonuclease 12 640 124 Myoglobin 16 890 153 Hemoglobin 64 500 574 Glutamate dehydrogenase 106 300 40 20 000 21 Synthetase tổng hợp acid béo 2,3 x 106 -Cấu trúc nhiều chuỗi polypeptide có ý nghĩa quan trọng độ hoà tan chức chúng Cấu trúc protein hiểu xếp sợi riêng lẽ nhiều sợi Chúng phụ thuộc nhiều vào độ pH môi trường Protein chuỗi polypeptide hoà tan tốt nhóm ưa nước hướng phía ngoài, nhóm kỵ nước hướng vào bên Khi protein thay đổi cấu trúc nhóm kỵ nước quay ngoài, protein khả hoà tan nước, ví dụ trường hợp kết tủa không dạng tinh thể protein sữa môi trường chua Acid lactic sản sinh vi khuẩn làm giảm pH sữa, làm thay đổi protein sữa Nhiều nhóm kỵ nước hướng bên ngoài, protein khả tan nước Vì vâỵ thường xuyên trì giá trị pH tế bào chất quan trọng, có chức hoạt động enzyme tế bào chất đảm bảo Bên cạnh H+ có cation khác có ý nghĩa phản ứng enzyme ví dụ K+ Nồng độ tế bào chất cao so với loại cation khác nằm khoảng 100 đến 150 mM Nồng độ K+ cao có ý nghĩa tổng hợp protein Nồng độ Ca2+ tế bào chất thấp, nhiên có vai trò quan trọng cấu trúc protein khác Calmodulin polypeptide kết hợp với Ca2+ làm cho vùng kỵ nước hướng ngoài, vùng kết hợp với enzyme hoạt hoá enzyme phosphodiesterase, adenylate-cyclase, photoarylase ATPase Bằng cách tương tự troponin C paralbumin hoạt hoá enzyme khác việc thay đổi cấu trúc kết hợp với Ca2+ Những Ca-protein thay đổi 183 phản ứng enzyme Những liên kết thực vị trí hoàn toàn xác định, thực chất helix-dãi nối-helix (hình 7.10) Hình 7.10 Sơ đồ biểu diễn liên kết Ca chuỗi polypeptide nối hai cấu trúc helix lại với Dạng liên kết Ca tồn đôi đặc trưng calmodulin, troponin C paralbumin Cấu trúc bao gồm chuỗi polypeptide có 12 gốc aminoacid, nhóm carboxyl có nguyên tử O kết hợp với Ca2+ Cấu trúc tương ứng với hình tháp đôi mặt, nghĩa diện tích với mặt, phía phía có CO Ở trung tâm cấu trúc không gian ba chiều có nguyên tử Ca2+, gốc có nhóm CO (hình 7.11) Liên kết với Ca2+ trung tâm làm thay đổi cấu trúc protein Hình 7.11 Mặt phẳng có hình góc khối chóp đôi với Ca2+ trung tâm Troponin C có tổng số vị trí kết hợp với Ca2+, liên kết có lực mạnh liên kết có lực yếu Sự bão hoà Ca2+ phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ hệ thống Cũng calmodulin Nồng độ Ca2+ ảnh hưởng đến trình enzyme Ca-protein 184 Vai trò quan trọng troponin C điều khiển co rút mô Paralbumin có mặt mô cơ, có ý nghĩa thư giản mô Vị trí kết hợp với Ca2+ có lực cao với Mg2+ 7.4 Aminoacid Phần lớn chất nitơ hữu dễ hoà tan thực vật aminoacid, amide amine Trong trao đổi chất aminocid có vai trò quan trọng Chúng vật liệu tạo nên protein Công thức chung aminoacid: COOH | H2N -CH | R Công thức tổng quát L-α-aminoacid Nhóm amine đính nguyên tử C2, theo tên cũ nguyên tử Cα Vì người ta gọi nhóm α-amine Các aminoacid tồn chủ yếu tự nhiên có nhóm amine đứng bên trái trục, gọi aminoacid dạng L Dạng D-aminoacid tồn riêng biệt, ví dụ thành tế bào vi khuẩn Mỗi aminoacid đặc trưng nhóm carboxyl nhóm amine Hơn 100 loại aminoacid khác mà người ta biết, có khoảng 20 loại thành phần protein Dưới aminoacid quan trọng công thức hoá học chúng Để đơn giản theo thói quen nhóm carboxyl aminoacid proton hoá Tuy nhiên dạng aminoacid tồn tại, nêu trên, nhóm carboxyl phân ly, nhóm NH2 phải phân ly Proton hoá hay khử proton hoá luôn phụ thuộc vào pH môi trường Các aminoacid riêng biệt có đặc tính khác phần gốc aminoacid Ở aminoacid trung tính có tính trung tính Khi chiều dài chuỗi tăng có đặc tính kỵ nước Protein có chứa nhiều aminoacid valine, leucine, isoleucine có đặc tính kỵ nước chủ yếu Những aminoacid có tính acid phần gốc có nhóm carboxyl Protein chứa nhiều aminoacid có tính acid protein acid Tương tự protein, chủ yếu tạo nên từ aminoacid có tính kiềm protein kiềm Phần gốc aminoacid có ý nghĩa 185 [...]... của troponin C là điều khiển sự co rút của mô cơ Paralbumin cũng có mặt trong mô cơ, có ý nghĩa đối với thư giản mô cơ Vị trí kết hợp của nó với Ca2+ cũng có ái lực cao với Mg2+ 7.4 Aminoacid Phần lớn nhất của những chất nitơ hữu cơ dễ hoà tan trong thực vật là aminoacid, amide và amine Trong trao đổi chất thì aminocid có vai trò rất quan trọng Chúng là vật liệu tạo nên protein Công thức chung của aminoacid:... đối với độ hoà tan và chức năng của chúng Cấu trúc protein được hiểu là sự sắp xếp của những sợi riêng lẽ hoặc nhiều sợi Chúng phụ thuộc nhiều vào độ pH của môi trường Protein và chuỗi polypeptide hoà tan tốt khi những nhóm ưa nước hướng ra phía ngoài, nhóm kỵ nước hướng vào bên trong Khi một protein thay đổi cấu trúc thì những nhóm kỵ nước quay ra ngoài, protein mất khả năng hoà tan trong nước, ví dụ... động vật có vú thải ra 1 lượng lớn nước tiểu loãng, là một bệnh được gọi là bệnh tháo nhạt 7.3 Các bậc cấu trúc của protein Phần lớn các liên kết có trong chuỗi polypeptide có thể quay tự do và trục của 1 chuỗi polypeptide rất linh động Tuỳ thuộc vào lực tác động 176 mà chúng có những dạng rất khác nhau Sự biến dạng của một chuỗi peptide, sự sắp xếp của những phần sợi, sự uốn cong và những nếp gấp có trong. .. khác nhau và 3 nucleic acid khác nhau kết hợp lại Nhiều virus có lớp vỏ bên ngoài, có cấu tạo từ nhiều phân tử protein xác định và bao quanh nucleic acid xoắn ốc ở bên trong Các đại phân tử trên kết hợp với nhau tự động trong môi trường phù hợp để thành dạng tồn tại trong tự nhiên Đặc tính vật lý của protein phụ thuộc vào đặc tính hoá học của các gốc aminoacid ở protein hình cầu cũng như ở sự gập khúc... trường hợp kết tủa không ở dạng tinh thể của protein sữa trong môi trường chua Acid lactic được sản sinh do vi khuẩn làm giảm pH sữa, làm thay đổi protein sữa Nhiều nhóm kỵ nước được hướng ra bên ngoài, protein mất khả năng tan trong nước Vì vâỵ sự thường xuyên duy trì giá trị pH trong tế bào chất rất quan trọng, vì chỉ có như vậy chức năng hoạt động của các enzyme trong tế bào chất mới được đảm bảo... cũng có trong xương và trong các mô nối Elastin là một protein, gồm những sợi protein tương đối ngắn, gắn kết với nhau nhờ liên kết đồng hoá trị (hình 7.7) Những sợi polypeptide quay theo dạng xoắn ốc, tự duỗi xoắn khi có áp lực (hinh 7.8) Vật liệu này tạo nên một khối dạng keo dính, cho phép quay trong không gian ngoài tế bào và sự co rút của các mô Hình 7.6 Những chuỗi polypeptide chạy đối song trong. .. Chiếm ưu thế trong sự kết hợp của các aminoacid có tính acid thì protein có tính acid Chủ yếu là aminoacid có tính kiềm là protein kiềm Những sợi protein có nhiều nhóm ưa nước là do những aminoacid phân cực và hydroxyacid thì có độ hoà tan lớn Ngược lại, thành phần của gốc kỵ nước (valine, leucine, isoleucine) thì độ hoà tan của những protein này thấp Trọng lượng phân tử protein phụ thuộc vào độ dài... khi không có và có lực tác động Những ví dụ này nói lên rằng polypeptide có nhiều đặc tính và chức năng khác nhau Việc xác định cấu trúc bậc I của phân tử protein có ý nghĩa quan trọng: Là bước đầu tiên quan trọng để xác định cơ sở phân tử hoạt tính sinh học, tính chất hoá, lý của protein Là cơ sở xác định cấu trúc không gian của phân tử protein dựa vào cấu trúc không gian của các phân tử protein tương... hệ họ hàng và lịch sử tiên hoá của thế giới sinh vật Là yếu tố góp phần quan trọng trong nghiên cứu bệnh lý phân tử Kết quả nghiên cứu cho thấy: khi thay đổi thứ tự aminoacid, thậm chí chỉ một gốc aminocid trong phân tử protein có thể làm thay đổi hoạt tính sinh học, gây những bệnh đặc trưng Ví dụ điển hình là bệnh thiếu máu hồng cầu hình lưỡi liềm, là do cấu trúc bậc I của hemoglobin thay đổi: gốc aminocid... đây do nhóm CO và nhóm NH của aminoacid thứ tư trên chuỗi gần nhau, giữa hai nhóm này có thể tạo nên một cầu hydro Các liên kết H tương đối lỏng lẽo và có thể được cắt đứt khi nhiệt độ cao Phân tử protein mất cấu trúc bậc hai thì enzyme mất hoạt tính xúc tác α-helix là cấu trúc của hầu hết những protein mạch thẳng (protein sợi) Dạng sợi tồn tại ở trong α-keratin của tóc, lông, móng và da từ chuỗi polypeptide